今年以來最強高溫這幾天來襲！陽光的炙烤不僅讓人沒精打采，就連稻田也發(fā)蔫一片，嚴重時產量銳減，威脅糧食安全。就水稻來說，當氣溫超過34℃后，不僅長得少，還長得“丑”，口感也會下降。

中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心林鴻宣研究團隊和上海交通大學林尤舜研究團隊合作，找到了能讓水稻不怕熱的“基因鑰匙”——成功分離克隆了水稻高溫抗性新基因位點TT3，并且闡明了其調控高溫抗性的新機制。今天凌晨2時，這一研究成果登上國際頂尖學術期刊《科學》（Science）。

高溫：糧食的自然天敵

權威機構和研究者們曾預言，本世紀高溫將成為威脅糧食安全的最主要因素之一。2013年夏，上海松江農場的有些水稻結實率就因酷暑不到10%，幾近絕收。

水稻作為全球近半數人口的主糧，其產量的穩(wěn)定也遭受高溫的嚴重威脅。科學家們一直致力于挖掘高溫抗性基因資源、闡明高溫抗性分子機制以及培育抗高溫作物新品種。

中科院院士林鴻宣很早就開始了作物抗高溫的研究。在他的指導下，團隊成功分離克隆到了控制非洲稻不怕熱的主效基因TT1。今年初，團隊又找到了使自身鈍感、減少熱響應消耗的“佛系基因”TT2。

相比我國種植的、馴化已久的亞洲栽培稻，非洲稻“野生”了不少，卻藏著亞洲稻值得“取經”的不怕熱基因。林鴻宣團隊花了很多“笨功夫”，一點點將非洲稻的遺傳片段滲透進亞洲稻中。在不影響“稻爸”“稻媽”育性的前提下，亞洲稻耐熱的本事越來越厲害，也為新發(fā)現提供了材料保障。

暗藏玄機的高溫抗性基因

這一次，研究團隊通過對大規(guī)模水稻遺傳群體進行交換個體篩選和耐熱表型鑒定，定位克隆到一個控制水稻高溫抗性的基因位點TT3。

進一步研究發(fā)現，TT3深藏玄機——基因位點中存在兩個拮抗調控水稻高溫抗性的基因TT3.1和TT3.2。

通過多代雜交、回交方法，科研人員把高溫抗性強的非洲栽培稻TT3基因位點導入到亞洲栽培稻中，培育成了新的抗熱品系。新品系果然沒讓大家失望：在高溫環(huán)境下，增產效果是對照亞洲稻品系的1倍，耐熱“極限”也提高到了38℃。此外，在高溫脅迫下，過量表達TT3.1或敲除TT3.2也能夠帶來2.5倍以上的增產效果；而在正常田間條件下，它們對產量、性狀沒有負面的影響。

值得一提的是，在機制上的進一步研究讓團隊有了另一重收獲：找到了一個潛在的高溫感受器TT3.1。原來，葉綠體作為植物光合作用細胞器易受熱傷害，而過量表達TT3.1或敲除TT3.2可以保護葉綠體免受高溫損傷，亦可在高溫脅迫下維持葉綠體的光系統(tǒng)穩(wěn)定性。

維持作物產量穩(wěn)定

要是加上遺傳材料構建的日子，這又是個“十年磨一劍”的科研故事。研究主要完成人之一、同時也是論文第一作者的張海博士為了這項突破，鉆研了7年時光。本輪疫情，正好趕上論文的修改，小伙子索性在中心住了近3個月。同樣因為疫情，科研人錯過了常規(guī)的播種季，晚了快一個月才在松江農場種下了水稻材料。

“TT3.1和TT3.2在多種作物中具有保守性，因此它們?yōu)樽魑锟垢邷赜N提供了珍貴的基因資源，具有廣泛應用前景和商業(yè)價值?！绷著櫺赋?，“研究首次將植物細胞質膜與葉綠體之間的高溫響應信號聯(lián)系起來，揭示了嶄新的植物響應極端高溫的分子機制。”

在中科院分子植物卓越中心主任、中科院院士韓斌眼里，林鴻宣是位高產的科學家，也是中心年輕課題組長的榜樣?！八葎e人思考更多，有人‘淺嘗輒止’，而林鴻宣一定會弄通、弄透。”中心其他科研人員說，若林鴻宣蹲在農場的水稻試驗田邊，不熟悉的人幾乎無法一眼分辨出哪位是院士，哪位是農民。

“民以食為天，食以安為先”，借助分子生物技術方法，將研究發(fā)掘的抗高溫新基因TT3.1和TT3.2應用于水稻、小麥、玉米、大豆以及蔬菜等作物的抗高溫育種改良中，可提高不同作物品種的高溫抗性，維持其在極端高溫下的產量穩(wěn)定性，對于有效應對全球氣候變暖引發(fā)的糧食安全問題具有重要意義。

當然，林鴻宣和團隊期待著，未來還有更多TT4、TT5會被找到，在抗熱復雜性狀分子遺傳機制及調控網絡被構建起，上?？茖W家有望開啟作物抗熱分子設計育種的大門。

文章鏈接：https://wap.xinmin.cn/content/32186111.html